腸道微生物群參與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展

王 雪 王凱華 王 荔 楊嘉敏 莫云云 王亞南

1）廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，廣西 南寧 530000 2）廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬?lài)?guó)際壯醫(yī)醫(yī)院，廣西 南寧 530000

人體胃腸道被包括細(xì)菌、真菌和病毒在內(nèi)的不同微生物群體定植［1］。細(xì)菌是腸道微生物中最大的群體，包括500～1 000 種不同的物種［1-2］。腸道微生物群及其周?chē)哪c道環(huán)境統(tǒng)稱(chēng)為腸道微生態(tài)系統(tǒng)，其功能是維持人和動(dòng)物正常狀態(tài)下內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是全球心腦血管疾病和病死率的主要原因。腸道微生物群組成的改變，即腸道微生態(tài)失調(diào)。越來(lái)越多的研究［3］提示，腸道微生物群與AS 等心腦血管疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，并有望成為疾病治療的新靶點(diǎn)。

1 腸道微生物群與動(dòng)脈粥樣硬化的概述

動(dòng)脈粥樣硬化是導(dǎo)致心腦血管病的主要致病原因之一，它是由各種原因而導(dǎo)致的一種慢性炎癥性病變，主要發(fā)生在大、中動(dòng)脈，主要特征為脂類(lèi)的積累和復(fù)合糖類(lèi)等血液成分異常沉積，使血管壁變硬增厚及管腔狹窄，最終導(dǎo)致心腦器官血管血流減少或完全閉塞。AS及其并發(fā)癥仍是全球發(fā)病率和病死率的主要原因之一，其主要?dú)w因于脂質(zhì)代謝異常、炎癥反應(yīng)和內(nèi)皮損傷［4］，盡可能減少AS的發(fā)生及發(fā)展，仍是當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。

腸道微生物群大約包括1.5萬(wàn)～3.6萬(wàn)種細(xì)菌，健康的腸道主要由共生細(xì)菌門(mén)：放線菌門(mén)（Actinobacte?ria）、擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）、厚壁菌門(mén)（Firmicutes）和變形菌門(mén)（Proteobacteria）組成，厚壁菌門(mén)（Fir?micutes）和擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）是兩種主要的腸道微生物，占92%［5］。除細(xì)菌、古細(xì)菌和真核生物外，還有病毒和噬菌體［6］。腸道微生物群不僅可以調(diào)節(jié)宿主的代謝，還可以調(diào)節(jié)腸道的免疫功能和生物屏障功能［7］；具有維持宿主健康狀態(tài)的作用［8］。構(gòu)成腸道微生物群的細(xì)菌數(shù)量和種類(lèi)受環(huán)境［9］、飲食［10］、藥物和遺傳等多種因素影響。

當(dāng)專(zhuān)性厭氧厚壁菌門(mén)（Firmicutes）和放線菌門(mén)（Actinobacteria）的雙歧桿菌科占主導(dǎo)地位時(shí)，腸道穩(wěn)態(tài)得以實(shí)現(xiàn)，而兼性厭氧變形菌門(mén)（Proteobacteria）的腸桿菌科（Enbacteria）增多時(shí)則通常表明腸道微生物群失調(diào)。最近研究成果指出，腸道微生物群落結(jié)構(gòu)的改變及功能紊亂，在AS的形成過(guò)程中具有至關(guān)重要的作用［11-12］。

MENNI 等［13］收集617 名中年女性的糞便和血液，評(píng)估了測(cè)量血管硬度的頸動(dòng)脈-股動(dòng)脈脈搏波傳導(dǎo)速度（pulse wave velocity，PWV）與腸道微生物群組成之間的相關(guān)性，結(jié)果顯示腸道微生物群多樣性與女性動(dòng)脈僵硬度呈負(fù)相關(guān)，疣微菌科（Ruminococ?caceae）、理研菌科、梭菌科、放線菌產(chǎn)氣柯林斯菌屬、梭菌科等均與PWV 呈負(fù)相關(guān)，其中疣微菌科尤為突出，其多樣性越低，血管硬化程度越高。

KARLSSON等［14］通過(guò)對(duì)12例癥狀性動(dòng)脈粥樣硬化斑塊患者和健康對(duì)照組的糞便宏基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，在健康對(duì)照組中含有大量真細(xì)菌（Eubacte-rium）和羅斯菌屬（Roseburia），而在癥狀性動(dòng)脈粥樣硬化斑塊患者的腸道中含有大量柯林斯菌屬（Collinsel?la），柯林斯菌屬通過(guò)減少肝臟中的糖異生、改變腸道中膽固醇的吸收和增加甘油三酯的合成影響宿主的代謝。AS患者的腸道微生物群合成肽聚糖的能力增加，這可能有助于動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)脈壁的慢性炎癥。

杜劍強(qiáng)等［15］通過(guò)收集50例動(dòng)脈粥樣硬化患者和健康對(duì)照組的糞便和血液，比較兩組糖脂代謝水平與腸道菌群數(shù)量的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)：動(dòng)脈粥樣硬化患者腸道中乳酸菌（Lactobacillus）、雙歧桿菌（Bifidobacte?rium）和大腸桿菌（Colon bacillus）數(shù)量較健康對(duì)照組減少；糖脂代謝指標(biāo)與乳酸菌、雙歧桿菌呈正相關(guān)，與大腸桿菌呈負(fù)相關(guān)，臨床治療中可通過(guò)增加腸道中的乳酸菌和雙歧桿菌的數(shù)量，減少大腸桿菌數(shù)量，改善動(dòng)脈粥樣硬化患者的糖脂代謝水平及預(yù)后。

盡管腸道菌群在個(gè)體間存在差異，但核心腸道菌如厚壁菌門(mén)和雙歧桿菌科的穩(wěn)定存在似乎是腸道功能正常所必需的。上述研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物群的失衡與動(dòng)脈粥樣硬化之間具有密切關(guān)聯(lián)，且大量研究顯示很可能與腸道微生物群及其代謝產(chǎn)物影響機(jī)體的炎癥反應(yīng)、免疫、脂質(zhì)代謝等機(jī)制有關(guān)。

2 腸道微生物群促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化形成的可能機(jī)制

研究表明腸道微生物群可能通過(guò)［13］三種不同的方式影響動(dòng)脈粥樣硬化：（1）通過(guò)對(duì)微生物的局部或全部的感染并產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，又或者通過(guò)對(duì)各種免疫細(xì)胞的影響激活免疫系統(tǒng)［16-18］，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展，并形成易損斑塊［19］。（2）通過(guò)調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，從而加速動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成［20］。（3）由腸道微生物群產(chǎn)生的一些重要代謝產(chǎn)物，如氧化三甲胺（trimetlylamine oxide，TMAO），血小板的活性被其激活后，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的形成［21-22］。

2.1 腸道微生物群通過(guò)炎癥感染，免疫系統(tǒng)影響動(dòng)脈粥樣硬化當(dāng)血管壁細(xì)胞受到直接感染或遠(yuǎn)處感染影響時(shí)，也可能會(huì)促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展，并形成易損部位，激活免疫系統(tǒng)從而增加全身炎癥的狀態(tài)［23-24］。其中的一條通路和Toll 樣受體（Toll-like re?ceptors，TLRs）有關(guān)，在塑造腸道微生物群中發(fā)揮重要作用。TLRs 可能被認(rèn)為是腸上皮屏障、微生物群和免疫系統(tǒng)之間的界面，可抵御入侵的病原體［25-26］。動(dòng)脈粥樣硬化期間血管炎癥的潛在關(guān)鍵來(lái)源是致病菌的成分，尤其是脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）。TLR-4受體參與識(shí)別細(xì)菌LPS 的不同炎癥細(xì)胞的表達(dá)，已被確認(rèn)具有普遍存在的突變。這種突變與動(dòng)脈粥樣硬化風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān)。此外，流行病學(xué)調(diào)查表明，LPS 是動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展的危險(xiǎn)因素。革蘭陰性菌是個(gè)體血清中LPS 的主要來(lái)源，可能在亞臨床感染期間產(chǎn)生。參與動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制炎癥細(xì)胞上的主要細(xì)胞受體，如巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、LPS 結(jié)合蛋白（lipopolysaccharide-binding protein，LBP）。這些炎癥受體被歸咎于LPS 識(shí)別后通過(guò)失調(diào)激活而發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化［26］。

2.2 腸道微生物群通過(guò)脂質(zhì)代謝影響動(dòng)脈粥樣硬化2.2.1微生物對(duì)脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)：脂質(zhì)代謝是動(dòng)脈粥樣硬化［27］的重要危險(xiǎn)因素和藥物靶點(diǎn)。動(dòng)脈粥樣硬化的患者存在脂質(zhì)代謝異常，血漿相關(guān)膽固醇水平與口腔、胃腸微生物群有關(guān)［28］。此外，細(xì)菌豐富度和特定類(lèi)群與體重指數(shù)（body mass index，BMI）、甘油三酯（triglyceride，TG）和高密度脂蛋白（high-densi?ty lipoprotein，HDL）水平相關(guān)，而與總膽固醇（total cholesterol，TC）和低密度脂蛋白（low-density lipopro?tein，LDL）水平無(wú)關(guān)［29］。與常規(guī)飼養(yǎng)小鼠相比，無(wú)菌（germ-free,GF）小鼠的脂肪含量和肝臟甘油三酯水平降低，并且對(duì)飲食誘導(dǎo)的肥胖具有抵抗作用，甘油三酯水平在CONV-R 小鼠血清中較低，但在脂肪組織和肝臟中較高［30］。這些發(fā)現(xiàn)表明腸道微生物組成與血漿膽固醇和血脂水平之間的關(guān)系。

2.2.2 膽汁酸與動(dòng)脈粥樣硬化：腸道微生物群參與機(jī)體的脂類(lèi)代謝活動(dòng)，并主要產(chǎn)生膽汁酸和法尼醇X受體（Farnesoid X receptor，F(xiàn)XR），而膽酸汁則主要吸收飲食的脂肪質(zhì)和脂溶性維生素，膽酸汁最先從肝細(xì)胞中產(chǎn)生，并儲(chǔ)存在膽囊內(nèi)，最后被食用后進(jìn)入小腸［31］。肝臟從食物中的膽固醇及自己所產(chǎn)生的膽固醇中形成初級(jí)膽汁酸，初級(jí)膽汁酸進(jìn)入十二指腸后，被重吸收到回腸末端，在腸道定植菌的作用下解離形成次級(jí)膽汁酸［32］。而膽酸汁也具備信息傳遞作用，影響腸道細(xì)菌群的組成和機(jī)體的正常代謝，同時(shí)也與G 蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體-1（GPBAR-1，又稱(chēng)TGR5）和核受體超家族中的膽汁酸-X受體α（FXRa，NR1H4）這兩種受體相互作用；而膽酸汁又成為結(jié)合FXR的關(guān)鍵信息物質(zhì)，主要負(fù)責(zé)對(duì)葡萄糖、脂類(lèi)代謝途徑的調(diào)控，二者相互作用通過(guò)降低TG來(lái)降低血漿脂質(zhì)濃度，同時(shí)增加HDL、TC［33］的量。總之，F(xiàn)XR 失活在預(yù)防肝臟脂肪變性和血脂異常方面的作用降低了心腦血管疾病發(fā)生的機(jī)會(huì)。目前尚不能完全明確動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展中，腸道微生物群對(duì)膽汁酸和FXR 的調(diào)節(jié)機(jī)制，F(xiàn)XR 確實(shí)是治療動(dòng)脈粥樣硬化的新靶點(diǎn)，基于FXR 的靶向治療動(dòng)脈粥樣硬化大多為動(dòng)物研究，還需要更多的臨床證據(jù)。

2.3 腸道微生物群通過(guò)飲食及代謝產(chǎn)物TMAO 影響動(dòng)脈粥樣硬化

2.3.1 引起動(dòng)脈粥樣硬化的飲食：每個(gè)人都可以根據(jù)自己的生活方式在腸道中呈現(xiàn)各種各樣的微生物［34］。由于個(gè)體間微生物的多樣性，營(yíng)養(yǎng)狀況在腸道微生物建模中具有重要影響［35］，特定的飲食，如高脂肪或高糖的飲食可能導(dǎo)致微生物種群的變化，最終可能促進(jìn)疾病發(fā)展［36］。與常規(guī)飼養(yǎng)的ApoE -/-小鼠相比，無(wú)菌（GF）小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化病變形成顯著減輕［37］。與野生型小鼠相比，常規(guī)飼養(yǎng)的Tlr2 -/-小鼠的血栓形成能力降低，而頸動(dòng)脈損傷后GF模型的血栓形成無(wú)差異［38］。另一方面，平衡的腸道共生菌群對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展起保護(hù)作用。據(jù)報(bào)道，常規(guī)飼養(yǎng)的小鼠在正常飲食喂養(yǎng)的情況下，動(dòng)脈粥樣硬化斑塊比無(wú)菌小鼠明顯減少［39］。因此，腸道微生物群的失衡狀態(tài)，即所謂的微生物群失調(diào)，已被認(rèn)為是動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展的危險(xiǎn)因素，與吸煙、血脂異常、糖尿病、高血壓等傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素?zé)o關(guān)。

2.3.2 微生物群代謝產(chǎn)物TMAO 與動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系：飲食中的膽堿和腸道主要代謝產(chǎn)物融合，形成TMAO，TMAO以血小板激活劑依賴(lài)的方式促進(jìn)細(xì)胞外鈣離子的釋放，從而介導(dǎo)血小板的高反應(yīng)性，增加血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)［40］。在一項(xiàng)轉(zhuǎn)基因表達(dá)人ApoELeiden 和人膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白的高脂血癥小鼠研究中，血清TMAO 水平與動(dòng)脈粥樣硬化呈正相關(guān)［41］。其他研究報(bào)道了同時(shí)抑制腸道菌群和TMAO誘導(dǎo)的動(dòng)脈粥樣硬化與TMAO促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的前提一致，當(dāng)ApoE -/-小鼠接受來(lái)自產(chǎn)生高水平TMAO小鼠的微生物移植時(shí)，主動(dòng)脈粥樣硬化病變?cè)黾樱?1］。微生物代謝產(chǎn)生三甲胺（trimethylamine，TMA）的能力對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展十分重要。此外，也有研究表明TMAO影響動(dòng)脈粥樣硬化的風(fēng)險(xiǎn)，TANG等［42］對(duì)4007位患者開(kāi)展了3 a的長(zhǎng)期跟蹤研究，并探討血漿TMAO 含量與心腦血管發(fā)生危險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)，結(jié)果表明TMAO與血栓生成風(fēng)險(xiǎn)之間有一定劑量的正向關(guān)聯(lián)，且這種作用獨(dú)立于傳統(tǒng)心腦血管發(fā)病的危險(xiǎn)因素。

3 利用益生菌防治動(dòng)脈粥樣硬化

腸道微生物群的有害菌可促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的形成，同時(shí)大量的有益菌改善AS的發(fā)生發(fā)展，起到緩解和防治作用。鑒于腸道微生物群在TMAO誘導(dǎo)的AS 發(fā)病機(jī)制中的作用，腸道微生物群為預(yù)防和治療AS提供了潛在的治療靶點(diǎn)。攝入減少TMAO生成的膳食成分可能是預(yù)防AS的一種有前景的策略。隨著越來(lái)越多的證據(jù)表明腸道微生物群與慢性疾病的關(guān)系，益生菌作為干預(yù)靶點(diǎn)受到越來(lái)越多的關(guān)注。研究表明，雙歧桿菌與血漿TMAO 和TMA 呈負(fù)相關(guān)［43］。BOUTAGY等［44］報(bào)道，補(bǔ)充含有雙歧桿菌的多菌株益生菌VSL#3 可降低高脂飲食誘導(dǎo)的TMAO 濃度。有效降低血漿TMAO、血漿TMA 和盲腸TMA 濃度的益生菌可能為預(yù)防AS 和降低TMA 引起的毒性提供有效安全的途徑。

益生菌是對(duì)人體有益的活體微生物，具有重塑腸道菌群結(jié)構(gòu)的巨大潛力，其可通過(guò)不同的作用機(jī)制［45］影響腸道菌群結(jié)構(gòu)及其與微生物群落的相互作用和宿主健康。這些作用是由益生菌的直接或間接作用介導(dǎo)的，可能涉及免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，也可能涉及大腦和肝臟等遠(yuǎn)端器官的調(diào)節(jié)，因?yàn)樽罱K在這些器官中產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。已有研究表明，阿克曼菌（Akkermansia muciniphila，AKK）是微生物群中的有益菌，對(duì)保護(hù)腸道屏障具有重要作用，通過(guò)給西方飲食的Apoe（-/-）小鼠每日補(bǔ)充AKK，可以恢復(fù)腸道屏障改善代謝性?xún)?nèi)毒素血癥引起的炎癥，從而減輕動(dòng)脈粥樣硬化病變［46］。動(dòng)物研究的數(shù)據(jù)結(jié)果可能會(huì)因不同菌屬、不同飼料的影響而有很大差異。益生菌治療動(dòng)脈硬化性患者的可能機(jī)制還需要大規(guī)模的臨床研究。改變細(xì)菌組成或通過(guò)特定飲食成分調(diào)節(jié)微生物代謝產(chǎn)物的形成以改善動(dòng)脈粥樣硬化需要長(zhǎng)期的效果，短期治療可能沒(méi)有臨床效果。

4 結(jié)語(yǔ)

動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜、多步驟的過(guò)程，其潛在機(jī)制尚未完全闡明。微生物是促進(jìn)人類(lèi)健康必不可少的免疫調(diào)節(jié)劑，微生物群可能通過(guò)激活免疫系統(tǒng)誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)脂類(lèi)代謝及其產(chǎn)生的代謝物（如TMAO）從而加重動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展。微生物群失調(diào)與動(dòng)脈粥樣硬化之間的強(qiáng)相關(guān)性進(jìn)一步表明，通過(guò)調(diào)控部分腸道菌群成為治療動(dòng)脈粥樣硬化的潛在選擇之一。目前的策略包括使用抗菌藥物、細(xì)菌酶抑制劑、益生菌、宿主酶抑制劑等，但這些藥物的治療方案在現(xiàn)今研究中尚未顯示出對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的明顯效果。

隨著技術(shù)的不斷更新，未來(lái)動(dòng)脈粥樣硬化治療的方向應(yīng)包括抑制腸道細(xì)菌代謝相關(guān)酶、宏基因組、微生物移植等。通過(guò)深入分析腸道菌群的具體結(jié)構(gòu)，探索不同微生物群在宿主體內(nèi)究竟發(fā)揮著怎樣的作用，以及如何充分利用微生物的不同特性改善人類(lèi)健康問(wèn)題，應(yīng)成為今后研究的重點(diǎn)方向。